Circuito de Ondas Senoidais PWM (SPWM) com Opamp

SPWM refere-se à modulação de largura de pulso de onda senoidal, que é um arranjo de largura de pulso no qual os pulsos são mais estreitos no início, que aumentam gradualmente no meio e depois se estreitam novamente no final da provisão. Esse conjunto de pulsos, quando implementado em uma aplicação indutiva como o inversor, permite que a saída se transforme em uma forma de onda senoidal exponencial, que pode parecer exatamente idêntica a uma forma de onda senoidal de grade convencional,

A aquisição de uma saída de onda senoidal de um inversor pode ser a característica mais crucial e mais vantajosa para fornecer a máxima eficiência à unidade, em termos de qualidade de saída. Vamos aprender como fazer uma onda senoidal PWM ou SPWM usando um opamp.

Simular uma forma de onda senoidal não é fácil

A obtenção de uma saída de onda senoidal pode ser bastante complexa e pode não ser recomendada para inversores, porque os dispositivos eletrônicos normalmente não “preferem” o aumento exponencial de correntes ou tensões. Como os inversores são feitos essencialmente através do uso de dispositivos eletrônicos de estado sólido, normalmente é evitada uma forma de onda senoidal.

Os dispositivos eletrônicos de força, quando forçados a operar com ondas senoidais, produzem resultados ineficientes, pois os dispositivos tendem a aquecer relativamente mais em comparação aos pulsos de onda quadrada.

Portanto, a próxima melhor opção para implementar uma onda senoidal de um inversor é através do PWM, que significa modulação por largura de pulso.


O PWM é uma maneira avançada (variante digital) de apresentar uma forma de onda exponencial em uma largura de pulso quadrado proporcionalmente variável, cujo valor líquido é calculado para corresponder exatamente ao valor líquido de uma forma de onda exponencial selecionada. O valor “líquido” refere-se ao valor do RMS. Portanto, um PWM perfeitamente calculado com referência a uma determinada onda senoidal pode ser usado como um equivalente perfeito para replicar a onda senoidal especificada.

Além disso, os PWMs se tornam idealmente compatíveis com dispositivos de energia eletrônicos (mosfets, BJT, IGBTS) e permitem que eles operem com dissipação de calor mínima.

No entanto, gerar ou criar formas de onda PWM de onda senoidal geralmente é considerado complexo, e isso ocorre porque a implementação não é fácil de simular.

Eu até tive que pensar antes de poder simular adequadamente o recurso através de intenso pensamento e imaginação.

O que é SPWM?

O método mais fácil conhecido de gerar um PWM de onda senoidal (SPWM) é alimentar um par de sinais que variam exponencialmente na entrada de um amplificador operacional para o processamento necessário. Entre os dois sinais de entrada, um precisa ter uma frequência muito maior que o outro.

a O IC 555 também pode ser usado efetivamente para gerar PWMs sinusoidais equivalentes, incorporando seus opamps embutidos e um circuito gerador de rampa triangular R / C.

A discussão a seguir ajudará você a entender todo o procedimento.

Agora, novos amadores e até profissionais acharão fácil entender como os PWMs de onda senoidal (SPWM) são implementados processando um par de sinais usando um opamp, vamos resolver com a ajuda do diagrama e simulação a seguir.

Usando dois sinais de entrada


Conforme mencionado na seção anterior, o procedimento envolve alimentar duas formas de onda que variam exponencialmente nas entradas de um amplificador operacional.

Aqui, o opamp é configurado como um comparador típico, para que possamos assumir que o opamp começará instantaneamente a comparar os níveis instantâneos de tensão dessas duas formas de onda sobrepostas no momento em que aparecerem ou se aplicarem às suas entradas.


Para permitir que o opamp implemente corretamente os PWMs da onda senoidal necessária em sua saída, é imperativo que um sinal tenha uma frequência muito mais alta que o outro. A frequência mais baixa aqui é o que se supõe ser a onda senoidal de amostra que os PWMs devem imitar (replicar).

Idealmente, ambos os sinais devem ser ondas senoidais (uma com uma frequência mais alta que a outra), no entanto, também podem ser implementados incorporando uma onda triangular (alta frequência) e uma onda senoidal (onda de amostra com baixa frequência).

Como você pode ver nas imagens a seguir, o sinal de alta frequência é invariavelmente aplicado à entrada inversora (-) do opamp, enquanto a outra onda senoidal mais lenta é aplicada à entrada não inversora (+) do opamp.

Na pior das hipóteses, ambos os sinais podem ser ondas triangulares com os níveis de frequência recomendados, conforme discutido acima. Ainda assim, isso ajudaria você a obter um PWM equivalente a uma onda senoidal razoavelmente boa.

O sinal com a frequência mais alta é chamado de sinal portador, enquanto o sinal de amostra mais lento é chamado de entrada de modulação.

Crie um SPWM com onda triangular e onda senoidal

Referindo-se à figura anterior, podemos visualizar claramente através de pontos plotados os vários pontos de tensão coincidentes ou sobrepostos dos dois sinais em um determinado período de tempo.

O eixo horizontal significa o período de tempo da forma de onda, enquanto o eixo vertical indica os níveis de tensão das duas formas de onda sobrepostas em execução simultânea.

A figura nos mostra como o opamp responderia aos níveis de tensão instantâneos coincidentes exibidos das duas formas de onda e produziria uma onda senoidal PWM correspondente na sua saída.

Na verdade, o procedimento não é tão difícil de imaginar. O opamp simplesmente compara os níveis variáveis ​​de tensão instantânea da onda triangular rápida com a onda senoidal relativamente mais lenta (também pode ser uma onda triangular) e verifica os casos em que a tensão da forma de onda triangular pode é menor que a tensão da onda senoidal e responde instantaneamente criando alta lógica em suas saídas.


Isso é mantido enquanto o potencial da onda triangular continuar abaixo do potencial da onda senoidal e, no momento em que for detectado que o potencial da onda senoidal for menor que o potencial instantâneo da onda triangular, as saídas serão revertidas. com um nível baixo e permaneça até que a situação seja revertida.

Essa comparação contínua dos níveis de potencial instantâneo das duas formas de onda sobrepostas nas duas entradas de opamp resulta na criação de PWMs correspondentes, que podem ser exatamente a replicação da forma de onda senoidal aplicada. na entrada não inversora do opamp.

Opamp processando o SPWM

A imagem a seguir mostra a simulação de câmera lenta da operação anterior:

Aqui podemos testemunhar que a explicação anterior é praticamente implementada, e é assim que o opamp estaria executando o mesmo (embora a uma taxa muito maior, em ms).

A figura superior mostra uma representação SPWM um pouco mais precisa que o segundo diagrama de deslocamento, porque na primeira figura eu tinha a conveniência do design gráfico de segundo plano, enquanto no segundo diagrama simulado eu tinha que desenhar o mesmo sem a ajuda das coordenadas do gráfico poderia, portanto, ter perdido alguns dos pontos coincidentes e, portanto, os resultados parecem um pouco imprecisos em comparação com o primeiro.

No entanto, a operação é bastante evidente e destaca claramente como um amplificador operacional deve processar uma onda senoidal PWM comparando dois sinais que variam simultaneamente em suas entradas, conforme explicado nas seções anteriores.

Na verdade, um opamp processará PWMs de onda senoidal com muito mais precisão do que a simulação mostrada acima, pode ser 100 vezes melhor, produzindo um PWM extremamente suave e bem dimensionado, correspondente à amostra alimentada. onda senoidal.

Diagrama de circuito



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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